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  • 关于电机里程计,你还有这些不知道的事儿

    說到機器人自主定位導(dǎo)航解決方案及技術(shù),大家腦海里肯定會浮現(xiàn)“定位”、“建圖”、“避障”、“路徑規(guī)劃”等字眼。

    在思嵐提供的自主定位導(dǎo)航解決方案中,主要是通過雷達里程計的數(shù)據(jù)來進行定位。雖然激光雷達在一定范圍之內(nèi)會糾正里程計的誤差,但在某些特殊環(huán)境下(如雷達掃描的有效點較少時),里程計的準(zhǔn)備度還是會影響定位的效果。

    因此,對于需要自主定位導(dǎo)航的服務(wù)機器人而言,電機里程計的精準(zhǔn)度,往往是決定整個機器人定位精度的關(guān)鍵因素之一。

    SDP Mini 里程計

    里程計類型的選擇:

    常用的機器人底盤電機編碼器按實現(xiàn)原理來分類,包括光電編碼器及霍爾編碼器;按照其編碼方式分類,主要包括增量型和絕對型。對于基于slamware的機器人底盤來說,里程計的分辨率需要在1mm以下,且總誤差最多不能超過5%,如果超過此數(shù)值,機器人將無法正常實現(xiàn)定位導(dǎo)航的功能。因此,無論選擇哪種編碼器,必須要達到其精度的要求。可以參考以下判斷公式:

    (2π/每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù))×輪子半徑≤0.001米

    注:輪子半徑單位為米

    系統(tǒng)電機應(yīng)答流程:

    (以兩輪差動電機為例)

    SLAMWARE Core 每間隔delta時間,會向底盤發(fā)送左右輪的速度,向前為正,向后為負(fù),即SET_BASE_MOTOR(0x40)。底盤會回復(fù)此時的左右輪里程計的累計值,即GET_BASE_MOTOR_DATA(0x31)。

    請注意,無論輪子向前運動或向后運動,里程計的度數(shù)均遞增,因為SLAMWARE Core在下發(fā)速度時,已經(jīng)區(qū)分了向前還是向后。

    SLAMWARE Core發(fā)送SET_BASE_MOTOR的請求報文為, 速度的單位為mm/s:

    里程計代碼示例詳見:

    SET_BASE_MOTOR

    typedefstruct_base_set_motor_request

    {

    _s32 motor_speed_mm[4];

    } __attribute__((packed)) base_set_motor_request_t;

    對應(yīng)下面的代碼:

    SET_BASE_MOTOR

    caseSLAMWARECORECB_CMD_SET_BASE_MOTOR:

    {

    base_set_motor_request_t *ans_pkt = (base_set_motor_request_t *) request->payload;

    if(!bumpermonitor_filter_motorcmd(ans_pkt->motor_speed_mm[0], ans_pkt->motor_speed_mm[1])) {

    set_walkingmotor_speed(ans_pkt->motor_speed_mm[0], ans_pkt->motor_speed_mm[1]);

    }

    net_send_ans(channel, NULL, 0);

    }

    break;

    底盤會通過響應(yīng)GET_BASE_MOTOR_DATA, 將左右輪的累計里程發(fā)給SLAMWARE Core,響應(yīng)報文為,距離單位為mm:

    GET_BASE_MOTOR_DATA

    typedefstruct_base_motor_status_response

    {

    _s32 motor_cumulate_dist_mm_q16[4];

    } __attribute__((packed)) base_motor_status_response_t;

    對應(yīng)的代碼:

    GET_BASE_MOTOR_DATA

    caseSLAMWARECORECB_CMD_GET_BASE_MOTOR_DATA:

    {

    base_motor_status_response_t ans_pkt;

    memset(&ans_pkt, 0, sizeof(ans_pkt));

    ans_pkt.motor_cumulate_dist_mm_q16[0] = (_s32) (cumulate_walkingmotor_ldist_mm());

    ans_pkt.motor_cumulate_dist_mm_q16[1] = (_s32) (cumulate_walkingmotor_rdist_mm());

    net_send_ans(channel, &ans_pkt, sizeof(base_motor_status_response_t));

    }

    break;

    里程計部分代碼示例:

    每米編碼器脈沖數(shù)ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER,需要根據(jù)每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)以及輪子的直徑來確定,公式如下:

    每米編碼器脈沖數(shù)=每轉(zhuǎn)編碼器脈沖數(shù)/(π×輪子直徑)

    注:輪子直徑單位為米

    Odometry

    //每米編碼器脈沖數(shù)

    #define ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER 6390UL

    //行走電機速度控制頻率:60hz

    #define CONF_MOTOR_HEARTBEAT_FREQ 60

    #define CONF_MOTOR_HEARTBEAT_DURATION (1000/(CONF_MOTOR_HEARTBEAT_FREQ))

    /*

    * 刷新行走電機的里程數(shù)據(jù)函數(shù)

    */

    staticvoid_refresh_walkingmotor_odometer(_u32 durationMs)

    {

    _u32 irqSave = enter_critical_section(); //臨界資源保護

    for(size_tcnt = 0; cnt < WALKINGMOTOR_CNT; ++cnt) {

    _lastEncoderTicksDelta[cnt] = _encoderTicksDelta[cnt]; //獲得delta時間內(nèi)編碼器的脈沖數(shù)

    _motorAccumulatedTicks[cnt] += _encoderTicksDelta[cnt]; //獲得累計編碼器的脈沖數(shù)

    _encoderTicksDelta[cnt] = 0;

    }

    leave_critical_section(irqSave);

    if(durationMs == 0) //防止除零

    durationMs = 1;

    for(size_tcnt = 0; cnt < WALKINGMOTOR_CNT; ++cnt) { //根據(jù)delta的編碼器數(shù)據(jù)計算這段時間內(nèi)速度,即當(dāng)前速度

    _lastOdometerSpeedAbs[cnt] = (float) _lastEncoderTicksDelta[cnt] * (1000.0 / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER) * 1000.0 / durationMs;

    }

    }

    /*

    * 計算左行走電機累計里程函數(shù)

    * 單位:mm

    */

    _u32 cumulate_walkingmotor_ldist_mm(void)

    {

    return(_motorAccumulatedTicks[WALKINGMOTOR_LEFT_ID] * 1000) / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER;

    }

    /*

    * 計算右行走電機累計里程函數(shù)

    * 單位:mm

    */

    _u32 cumulate_walkingmotor_rdist_mm(void)

    {

    return(_motorAccumulatedTicks[WALKINGMOTOR_RIGHT_ID] * 1000) / ODOMETER_EST_PULSE_PER_METER;

    }

    那么,對于里程計而言,我們該如何判斷其定位數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確呢?下面,就要借助可擴展的機器人管理與開發(fā)應(yīng)用軟件:Robo Studio

    首先,先將準(zhǔn)備工作做好:

    在調(diào)試之前,請找到一處合適測試的區(qū)域,該區(qū)域需有清晰的邊界,比如,矩形的空房間。安裝好Robo Studio,并連接上機器人(如SDP Mini)。Robo Studio下載鏈接及在線文檔可至思嵐官網(wǎng)下載安裝。

    利用Robo Studio調(diào)試?yán)锍逃嫓?zhǔn)確度測試方法:

    1.將機器人控制到離一面直墻若干米的位置,面朝直墻,如下圖所示。

    2.將之前建好的地圖清除掉,點擊清空地圖,此時,機器人當(dāng)前的區(qū)域會重建。當(dāng)前區(qū)域重建好之后,可以點擊暫停建圖,停止地圖更新。最后,可以將暫停定位開啟,開啟后,將關(guān)閉激光定位,僅用里程計的數(shù)據(jù)來定位。

    3.控制機器人向前朝墻運動,觀察激光點是否和墻重合,如果和墻重合,證明里程計較為準(zhǔn)確;

    如果激光點超出墻,證明底盤上報的里程計數(shù)據(jù)要大于實際運動的距離,里程計偏大。

    如果激光點在墻之內(nèi),證明底盤上報的里程計數(shù)據(jù)要小于實際運動的距離,里程計偏小。

    如果激光點和墻重合,可以繼續(xù)控制機器人倒退,左右轉(zhuǎn)動,看看激光點是否和周圍環(huán)境匹配;

    關(guān)鍵字:激光雷达,SLAM

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